26

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Звіт

З науково дослідної роботи

На тему:

Дослідження якості електричної енергшї в системах електропостачання

Зміст

Вступ

1. Оптимізація якості електричної енергії, її значення як енергетичної проблеми

2. Несиметрія електричних режимів, її природа, характеристика і регламентування

2.1 Синхронні генератори

2.2 Асинхронні електродвигуни

1. Методи і засоби симетрування

3.1 Підключення до недовантажених фаз додаткових опорів для симетрування сумарного навантаження

3.2 Застосування багатофазної схеми випрямлення струму (наприклад, схеми Ларіонова)

3.3 Симетрування за допомогою фазових зрівнювачів

3.4 Використання симетруючого ефекту трифазних асинхронних двигунів

3.5 Симетрування за допомогою введення системи додаткових е.р.с

3.6 Симетрування струмів при роботі трансформаторів двома фазами

3.7 Застосування несиметричних трьохфазно-двохфазних трансформаторів

1. Симетрування режиму на фізичній моделі системи електропостачання

Висновок

Список літератури

Анотація

Янковенко О.С. Якість електроенергії як складова задача покращення систем електропостачання.

Звіт з науково-дослідної роботи, спеціальність 6090603 – Електричні системи і мережі . - Вінниця ВНТУ, ІнЕЕЕМ, 2008.

В виконаній роботі ми розглядаємо вплив несиметричних навантажень на якість електричної енергії, визначення напруги штучної несиметрії при побудові систем автоматичного регулювання, настроювання компенсації в електричних мережах та розглядаємо вимоги до напруги штучної несиметрії і методику його визначення для компенсованих мереж при введенні штучної несиметрії.

Вступ

Проблема енергозбереження є надзвичайно актуальною не лише України, але й для всього світу; проте в Україні ця проблема є надзвичайно болючою, тому запровадження широкомаштабної політики енергозбереження є життєвонеобхідною.

До складу галузей економіки України, що недостатньо ефективно використовують енергоресурси, входить і сама енергетика. Однак з головних причин невиробничих затрат енергії в енергетиці-високі втрати в електричних мережах. В середньому в електричних мережах енергосистем і споживачів вони складають 16%. Порівняно з розвиненими країнами Західної Європи це в 1,5-2 рази більше.

Основними причинами відносно високих втрат в електричних мережах енергосистем і споживачів є:

- недостатній ступінь компенсації реактивних навантажень енергосистем і споживачів;

- нездійснення в електричних мережах діючих підприємств і енергосистем оптимального розміщення батарей конденсаторів і оптимального управління ними.

В решті решт, вище вказані причини обумовлені відсутністю виробництва в Україні силових конденсаторів і технічних засобів управління ними, також ефективного механізма втілення оптимальної компенсації(як правило через відсутність необхідного фінансування).

Електрична енергія – один із найважливіших матеріальних продуктів суспільства, який знайшов застосування у всіх сферах людської діяльності.

Покращення якості електричної енергії у будь-якій галузі промисловості призводить до створення нормального протікання технологічних процесів, а це в свою чергу сприяє випуску запланованої кількості продукції при належній її якості, до того ж підвищення якості електричної енергії безпосередньо відображається на умовах життя та діяльності людей.

Проблема якості електроенергії знаходиться у центрі уваги багатьох дослідників і практичних працівників енергетики і електрифікації. Важливе місце тут займає пошук нових рішень цієї актуальної наукової задачі. Кінцевим результатом в цьому пошуку повинно бути упровадження передових методів оптимального планування, які знаходять все більше застосування у всіх ланках народного господарства.

У системах електропостачання промислових підприємств дуже часто зустрічаються такі приймачі електричної енергії, трифазне симетричне виконання яких або неможливе, або через низку причин недоцільне. До таких споживачів, по-перше, відноситься частина печей опору, печі графітації, більшість установок електричного зварювання тощо.

Спільне живлення однофазних і трифазних приймачів електричної енергії від трифазної чотирьохпровідної мережі має широке поширення в системах електропостачання промислових підприємств. У таких випадках практично завжди виникає несиметрія навантаження по фазах, а також значні струми в нульовому проводі. Ці фактори призводять до зниження якості напруги і є причиною народногосподарського збитку.

2. Оптимізація якості електричної енергії, її значення як

енергетичної проблеми

Якість електроенергії істотно позначається на економічних показниках і надійності роботи електричних мереж і виробництва промислових підприємств. Маштаби електроспоживання промисловістю України і збільшення частки електроприймачів з штовховим, несиметричним режимом роботи і нелінійними характеристиками, що роблять негативний вплив на якість електроенергії, обумовлюють значимість для народного господарства країни проблеми підвищення якості електроенергії. Цим порозумівається участь у дослідженнях з даної проблеми великого числа ведучих наукових і проектних інститутів, вузів, а також енергетичних служб підприємств.

Обґрунтування поняття «якість електроенергії» має принципове значення для поліпшення якості електроенергії у системах електропостачання промислових підприємств, а також для розробки раціональної системи керування якістю.

На сучасному етапі розвитку електроенергетики це визначення якості, стосовно до електричної енергії повинне бути доповнено вимогами по забезпеченню економічності, ергономічні й естетичності процесів, зв'язаних зі споживанням електроенергії. Це повною мірою відповідає зрослим вимогам практики будівництва матеріально-технічної бази. З цього погляду природні вимоги до рівня напруги і частоті зміни його, що випливають з особливостей і зорового сприйняття людини. Естетичність будь-якого виду чи продукції електрифікованого об'єкта також зв'язана з якістю електроенергії, оскільки воно істотно впливає на світлову і колірну гаму інтер'єра, рівні шумів і вібрації й інші показники. Від якості електроенергії залежать також санітарно -гігієнічні умови, ступінь безпеки ряду робіт, економічна ефективність виробництва.

Для кількісної оцінки якості електроенергії необхідна така система одиничних чи узагальнених (інтегральних) показників, щоб якість була вимірним, порівнянним і доступним для контролю і керування.

Відповідно ГОСТ 15467—79 під показником якості розуміється кількісна характеристика властивостей продукції, розглянута стосовно до визначених умов її створення, чи експлуатації споживання. На електростанціях роблять електроенергію досить високої якості, а погіршення КЗ відбувається в процесі її передачі і споживання в результаті впливу електричних приймачів. Характерні властивості електроенергії, необхідні для визначення вимог до системи показників якості електроенергії , полягають у наступному:

1. При симетрії і синусоїдальності трифазної системи напруг і значеннях напруги і частоти, рівних чи близьких до номінального для електроустаткування, вимоги, сформульовані вище, практично цілком задовольняються. Найбільша народногосподарська ефективність може бути досягнута при деяких відступах від зазначених умов.

2. Якщо умови п. 1 не задовольняються, з'являються негативні впливи на споживачів. Ці впливи мають як загальні, так і специфічні особливості в залежності від характеру порушення, зв'язаного зі зниженням якості електроенергії. Останнє необхідно враховувати при встановленні системи показників якості електроенергії.

3. Несприятливий вплив на споживачів може виявлятися як постійно, шляхом нагромадження необоротних змін (брак чи недовідпустка продукції, старіння ізоляції й ін.), так і стрибкоподібно (відмовлення чи збої в роботі автоматичних пристроїв, вибухи батарей конденсаторів і ін.). Ця обставина свідчить про необхідність обмеження припустимих значень показників якості електроенергії, що визначають зазначені негативні впливи.

4. Електромагнітні й інші характеристики електричних систем і систем електропостачання споживачів змінюються в часі, як правило, по імовірностях законах, тому показники якості електроенергії є випадковими величинами.

2. Несиметрія електричних режимів, її природа, характеристика і

регламентування

Несиметричним режимом роботи багатофазної електричної системи називають такий режим, при якому умови роботи однієї чи усіх фаз виявляються неоднаковими.

У багатофазних системах, наприклад трифазних, розрізняють короткочасні і тривалі (експлуатаційні) несиметричні режими.

Короткочасна несиметрія звичайно зв'язана з такими аварійними процесами, як, наприклад, короткі замикання, обрив з замиканням на землю, відключення фаз при однофазному автоматичному повторному включенні і т.д. Тривала несиметрія може виникнути при наявності несиметрії в тому чи іншому елементі системи електропередач, або при підключенні до системи несиметричних (наприклад, однофазних) навантажень.

Несиметрію, обумовлену несиметрією лінії електропередачі, називають подовжною. Нею характеризуються, наприклад, неповно-фазні режими, що виникають при пофазному ремонті лінії чи електропередачі іншого устаткування, і післяаварійні режими, коли при аварії на одній з фаз лінії електропередачі відключенню підлягає тільки ушкоджена фаза. Подовжна несиметрія властива також спеціальним системам електропередач: два провода — земля (ДПЗ), два провода - рейки (ДПР), два провода - труба (ДПТ) і ін.

Несиметрію, обумовлену несиметричним навантаженням (однофазні електрометричні установки, електрозварювальні пристрої, тягові навантаження й ін.), називають поперечною.

При несиметричному режимі в трифазній системі з'являються симетричні складові струмів і напруг зворотної і нульової послідовностей, що негативно впливають на роботу електроустаткування. Струми зворотної послідовності викликають появу зворотньо синхронного магнітного поля, що обумовлює додаткове нагрівання електричних машин і зниження обертаючих моментів електродвигунів, а також спотворює трикутник напруг у споживача і на генераторних шинах. Струми нульової послідовності ведуть до несиметрії фазних напруг мережі, а також негативно впливають на лінії, що поблизу знаходяться, (наприклад, лінії зв'язку).

Несиметрію трифазної системи прийнято характеризувати коефіцієнтами несиметрії струмів і напруг:

_{і= =і}е^jI; (1)

_u= =_ue^ju, (2)

де U', I' і U", I"- симетричні складові напруг і струмів прямої і зворотної послідовностей.

2.1 Синхронні генератори

При наявності несиметричних навантажень великої потужності, що харчуються від трифазної системи, у статорах генераторів протікають струми прямої, зворотної і нульової послідовностей. Струми прямої послідовності створюють магнітне поле, що обертається синхронно з ротором, а зворотної — магнітне поле, що обертається з подвійною синхронною швидкістю в напрямку, зворотному напрямку обертання ротора, і наводить в останньому е.р. с. з частотою 100 гц. Ця е. р. с. обумовлює в обмотці збудження струму, що пульсує поле яке можна розкласти на дві складові: поле, що обертається в напрямку обертання ротора і навідне в статорі е.р. с. потрійної частоти, і поле, що обертається в напрямку,зворотньому напрямку обертання ротора, і навідне в статорі е.р. с. з частотою основного поля зворотньої послідовності, частково компенсуючи його. Е. р. с. потрійної частоти викликає в статорі струми прямої і зворотної послідовностей такої ж частоти. Магнітне поле струмів зворотної послідовності викликає в обмотці ротора е.р.с. з частотою 200 гц і т.д.

Таким чином, у статорі створюється непарний, а в обмотці збудження — парний спектр гармонік струмів прямої і зворотної послідовностей. Ці струми обумовлюють додаткове нагрівання як статора, так і ротора синхронної машини, що досягає часто загрозливих величин, особливо для ротора.

1. Асинхронні електродвигуни

Несиметричні струми, викликані в системі несиметричним навантаженням, унаслідок кінцівки опорів ліній електропередач викликають несиметрію напруг. В асинхронних електродвигунах ця несиметрія обумовлює додаткове нагрівання, а також протидіючий обертаючий момент, що зменшує корисний момент. Зменшення корисного моменту за рахунок протидіючого стосовно моменту при симетричному навантаженні визначається вираженням

m= = _u² (3)

де S — ковзання; Z' і Z'' — опори прямої і зворотної послідовностей.